每次倒茶總是弄撒？背后物理學原理大揭秘！

中國人自古以來就愛茶，各式各樣的茶壺數不勝數。但這些茶壺都有一個共同的特點——一不小心就容易滴得滿桌都是。這就是“茶壺效應”。

1965年，馬庫斯·萊納首次描述了“茶壺效應”，指的是液體在倒得太慢時，會順著壺的一側滴落，而不是形成一個獨立的水流。56年以來，物理學家一直在研究這一現象背后的原理。直到現在，維也納技術大學（TU Wien）領導的一個團隊才成功地從理論上完全理解了這種效應發生的原因。“茶壺效應”的關鍵在于在壺嘴邊緣的下方形成的水滴大小。如果倒茶的速度低于一個臨界值，水滴就會變得很大，足以引導整個茶水流向壺口邊緣，導致茶水滴落到壺中。

雖然這是一個非常常見且看似簡單的效果，但要在流體力學的框架內準確解釋它是非常困難的。因此在對這一效應進行建模的同時，研究人員還用高速攝像機拍攝了以不同速度倒茶的過程，使他們能夠確認這一轉變。

根據該團隊的說法，支撐茶葉從壺嘴中流出的數學原理涉及慣性力和毛細力的復雜相互作用。(這種力正是將沙堡中的沙粒固定在一起并允許組織吸收水分的力量）。具體來說，前者的作用是確保流動的液體傾向于保持其原有方向。與此同時，后者則通過在茶壺壺嘴末端處減緩液體的速度，形成更大的水滴來對抗這種作用。

因此，當毛細力足夠強大時，茶水就會滿溢出來，而不是倒出來。對于生活中具體的某一個茶壺來說，這種轉換來自于在壺嘴和流動的液體表面之間的特定接觸角度。研究小組解釋說，這個角度越小，或者說茶壺的材料越可濕潤（或“親水”），液體流從壺嘴分離的速度就越慢。

這項研究是人類首次成功地從理論上解釋了“茶壺效應”的原因，以及為什么茶壺嘴尖尖的底部總是濕濕的。

研究人員還考慮了重力在茶壺效應中的作用程度，但得出的結論是，與所涉及的其他力量相比，它并沒有決定性的作用。他們指出，重力確實決定了流體噴流的方向，但它的強度對該效應的發展并不重要。

該研究的全部結果發表在《流體力學雜志》上，題為"Developed liquid film passing a smoothed and wedge-shaped trailing edge: small-scale analysis and the ‘teapot effect’ at large Reynolds numbers"。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文

https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/developed-liquid-film-passing-a-smoothed-and-wedgeshaped-trailing-edge-smallscale-analysis-and-the-teapot-effect-at-large-reynolds-numbers/96E58273086ADFBC27DCFF7E04164575

標簽： 茶壺 滴水 物理學